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不同骨质条件下斜外侧椎间融合术联合侧方钢板固定的生物力学稳定性的有限元研究
1
作者
王志强
彭鑫
+4 位作者
王渊博
王崇宇
杨光
王红强
高延征
《中国微创外科杂志》
2025年第9期557-565,共9页
目的借助有限元(finite element,FE)分析不同骨质条件下斜外侧椎间融合术(oblique lumbar interbody fusion,OLIF)联合侧方钢板(lateral plate,LP)固定方式的生物力学特性,为临床提供力学依据。方法构建脊柱三维非线性L_(3)~5的FE模型...
目的借助有限元(finite element,FE)分析不同骨质条件下斜外侧椎间融合术(oblique lumbar interbody fusion,OLIF)联合侧方钢板(lateral plate,LP)固定方式的生物力学特性,为临床提供力学依据。方法构建脊柱三维非线性L_(3)~5的FE模型。模型每个部位分配不同的材料特性从而建立腰椎正常骨质(normal bone,NB)、骨量减少(osteopenia,OS)和骨质疏松(osteoporosis,OP)模型。构建OLIF联合3种内固定模型,分别为NB下:单纯OLIF(M0)、单纯OLIF+侧方钢板(lateral plate,LP)固定(M1)、单纯OLIF+双侧椎弓根螺钉(bilateral pedicle screw,BPS)固定(M2);OS下:单纯OLIF(N0)、单纯OLIF+LP固定(N1)、单纯OLIF+BPS固定(N2);OP下:单纯OLIF(P0)、单纯OLIF+LP固定(P1)、单纯OLIF+BPS固定(P2)。在L_(3)上表面施加500 N的载荷代表上半身的重量,采用7.5 N·m的力矩来模拟前屈(flexion,FL)、后伸(extension,EX)、左侧弯(left bending,LB)、右侧弯(right bending,RB)、左旋转(left rotation,LR)、右旋转(right rotation,RR)6种不同工况的椎体运动,计算NB、OS和OP模型的固定节段活动度(range of motion,ROM),记录椎体整体应力、融合器(Cage)应力以及内固定器械的最大应力。结果与完整模型相比,各手术模型的稳定性均有所增加,相比M0,M1腰椎ROM均降低,在左右侧弯方向下降最为明显,与BPS固定稳定性大致相当,但在控制屈伸方向稳定性弱于BPS固定。OS、OP模型的情况与NB模型类似。在同种内固定下,L_(4/5)ROM随骨质恶化逐渐增加,整体椎间ROM N1相比M1在FL时升高16.1%,P1相比M1在FL时升高32.1%,P1相比N1在FL时升高19.0%。随着后路内固定的增加,椎体整体应力、Cage和内固定应力总体上均呈下降趋势。在相同内固定下,随着骨量丢失,模型的整体应力逐渐增加。与M0相比,P0在LR增大最多,达到56.5%。在NB和OS模型中前屈下LP固定应力分别超过材料最低屈服强度22.7%和33.8%,其余运动下内固定应力均小于材料最低疲劳强度和屈服强度;在OP模型中,前屈和后伸时内固定峰值应力超过材料最低疲劳强度,前屈时达到53.3%(>50%)。结论在NB和OS下,OLIF联合LP固定可以明显提高手术节段稳定性,特别是在侧弯方向,但整体稳定性弱于BPS固定。在OP下,屈伸运动时可能会增加内固定失败的风险,应考虑联合BPS固定,提高固定安全性。
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关键词
腰椎
斜外侧椎间融合术
内固定
有限元
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职称材料
题名
不同骨质条件下斜外侧椎间融合术联合侧方钢板固定的生物力学稳定性的有限元研究
1
作者
王志强
彭鑫
王渊博
王崇宇
杨光
王红强
高延征
机构
河南省人民医院、郑州大学人民医院脊柱脊髓外科
出处
《中国微创外科杂志》
2025年第9期557-565,共9页
基金
河南省医学科技攻关计划省部共建项目(SB201901085)。
文摘
目的借助有限元(finite element,FE)分析不同骨质条件下斜外侧椎间融合术(oblique lumbar interbody fusion,OLIF)联合侧方钢板(lateral plate,LP)固定方式的生物力学特性,为临床提供力学依据。方法构建脊柱三维非线性L_(3)~5的FE模型。模型每个部位分配不同的材料特性从而建立腰椎正常骨质(normal bone,NB)、骨量减少(osteopenia,OS)和骨质疏松(osteoporosis,OP)模型。构建OLIF联合3种内固定模型,分别为NB下:单纯OLIF(M0)、单纯OLIF+侧方钢板(lateral plate,LP)固定(M1)、单纯OLIF+双侧椎弓根螺钉(bilateral pedicle screw,BPS)固定(M2);OS下:单纯OLIF(N0)、单纯OLIF+LP固定(N1)、单纯OLIF+BPS固定(N2);OP下:单纯OLIF(P0)、单纯OLIF+LP固定(P1)、单纯OLIF+BPS固定(P2)。在L_(3)上表面施加500 N的载荷代表上半身的重量,采用7.5 N·m的力矩来模拟前屈(flexion,FL)、后伸(extension,EX)、左侧弯(left bending,LB)、右侧弯(right bending,RB)、左旋转(left rotation,LR)、右旋转(right rotation,RR)6种不同工况的椎体运动,计算NB、OS和OP模型的固定节段活动度(range of motion,ROM),记录椎体整体应力、融合器(Cage)应力以及内固定器械的最大应力。结果与完整模型相比,各手术模型的稳定性均有所增加,相比M0,M1腰椎ROM均降低,在左右侧弯方向下降最为明显,与BPS固定稳定性大致相当,但在控制屈伸方向稳定性弱于BPS固定。OS、OP模型的情况与NB模型类似。在同种内固定下,L_(4/5)ROM随骨质恶化逐渐增加,整体椎间ROM N1相比M1在FL时升高16.1%,P1相比M1在FL时升高32.1%,P1相比N1在FL时升高19.0%。随着后路内固定的增加,椎体整体应力、Cage和内固定应力总体上均呈下降趋势。在相同内固定下,随着骨量丢失,模型的整体应力逐渐增加。与M0相比,P0在LR增大最多,达到56.5%。在NB和OS模型中前屈下LP固定应力分别超过材料最低屈服强度22.7%和33.8%,其余运动下内固定应力均小于材料最低疲劳强度和屈服强度;在OP模型中,前屈和后伸时内固定峰值应力超过材料最低疲劳强度,前屈时达到53.3%(>50%)。结论在NB和OS下,OLIF联合LP固定可以明显提高手术节段稳定性,特别是在侧弯方向,但整体稳定性弱于BPS固定。在OP下,屈伸运动时可能会增加内固定失败的风险,应考虑联合BPS固定,提高固定安全性。
关键词
腰椎
斜外侧椎间融合术
内固定
有限元
Keywords
Lumbar fusion
Oblique lumbar interbody fusion
Internal fixation
Finite element
分类号
R6 [医药卫生]
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题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
不同骨质条件下斜外侧椎间融合术联合侧方钢板固定的生物力学稳定性的有限元研究
王志强
彭鑫
王渊博
王崇宇
杨光
王红强
高延征
《中国微创外科杂志》
2025
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